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电渣熔铸小型导叶用铝结晶器的研制

王洪锋  
【摘要】:沈阳铸造研究所采用电渣熔铸工艺生产水轮机过流部件是自主开发的高新技术,已为哈电、东电、天发等多家电站生产了上千件水轮机导叶,产品质量和相关技术达到了国际先进水平。电渣熔铸水轮机导叶是沈阳铸造研究所具有独立自主知识产权的一项国际领先技术。沈阳铸造研究所在电渣熔铸导叶上之所以有今天的成就,一项关键技术就是结晶器的研制。 结晶器是电渣炉的重要部件,它一方面起着熔炼室的作用,金属自耗电极在结晶器中熔化、精练,是电渣炉的炉体:一方面又起着铸造模具的作用,熔融金属在结晶器中受到强制冷却而结晶,形成铸件。 传统的电渣熔铸结晶器大多采用钢制或铜—钢复合结构,但均存在不同程度的缺点。钢制结晶器虽简便经济,但钢材的导热系数小,造成铸件成型质量很差,使后序修补操作困难;在开炉过程中如遇循环水冷却强度不够,就会出现粘箱、结晶器变形漏渣、漏水等情况,易造成废品。另外钢制结晶器型面产生的变形不易修复,所以使用寿命较短。铜制结晶器的导热系数较大,所熔铸导叶的表面成型质量很好。但是,铜钢之间的焊接性很差,没有很好的熔合区,因此铜—钢结晶器的制造与维修都比较困难,而且制造与维修的成本也很高。对于横截面变化较大,结构复杂的导叶只能采用简化型线的办法,使加工余量增大,降低了金属利用率,增加成本。所以限制了铜—钢复合结晶器的应用。在2003年做了一些探索性试验以期望找到一种既经济适用又易加工成结晶器,不用简化型线的材料,最后确定铝合金作为研究对象。铝合金的各项性能指标都介于铜和钢之间,其焊接性较好,并且铝合金的价格比铜低的多,也易加工成结构件;铝合金易于铸造成型:此外铝的密度相对较小,因而将使结晶器的重量减轻,这样便于开炉操作,维修也很容易。从而保证导叶的内部质量、成型以及导叶的尺寸精度。 在随后的两年多里共进行了4阶段的试验来研究铝结晶器,分为结晶器材料替用试验验证、导叶用铝结晶器的探索试验、导叶铝结晶器的试制,导叶铝结晶器的改进。对铝结晶器的制造方法、熔铸工艺及其熔铸产品的应用分析等进行了大量的试验和深入的研究,并已能将其应用于导叶的试制:利用傅立叶传热方程


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